CH180501A - Einrichtung zum Kühlen des Induktors von Turbogeneratoren. - Google Patents

Description

  Einrichtung zum     Kühlen    des Induktors von Turbogeneratoren.    Je länger der Induktor eines Turbogene  rators ist, um so schwieriger wird es mit  den bisher bekannten Kühlungseinrichtun  gen, die ganze axiale Länge des Induktors  gleichmässig zu kühlen. Die pro Flächenein  heit der Spule und pro   C Temperatur  sprung abgegebene Wärme im Induktor  innern wird dann kleiner und da die Erwär  mung der Luft grösser und mithin der zur  Verfügung stehende Temperatursprung klei  ner wird, so tritt eine starke Reduktion der       zulässigen    Stromdichte ein. Im folgenden  wird eine Einrichtung beschrieben, die eine  günstige Kühlung der     Induktorspulen    und  des gesamten Induktors bewirkt.  



  Die     Einrichtung    vorliegender Erfindung  ist auf den beiliegenden Zeichnungen in bei  spielsweisen Ausführungsformen     veranschau-          liebt:          Fig.    1 zeigt einen Schnitt durch eine be  wickelte     Induktornut.    In jeder Nute sind    zwei     Spulenseiten    1 und 2 vorgesehen, die  sich satt an die Wände der     trapezförmigen     Nute anlegen und in der Mitte einen     trapez-          förmigen    Luftraum 3 übrig lassen.

   Die Lüf  tung dieses Mittelraumes geschieht vom  Luftspalt aus durch Kanäle in den Keilen,  wobei vom     Statorrücken    eine genügende  Menge frische Luft dem Luftspalte zuge  führt wird, was ja mit     bekannten    Mitteln  leicht zu erreichen ist.

   Der aus     unmagneti-          schem    Stahl hergestellte Keil 4 besitzt Aus  sparungen 5, die im Sinne der durch den Pfeil  angegebenen Drehrichtung geneigt sind und  die den Zweck verfolgen, Luft in die Mitte  der Nute     hereinzudrücken.    An einer andern  Stelle hat der Keil Aussparungen von der  Form 10 in     Fig.    2, die gegen die Drehrich  tung geneigt sind und die Luft aus dem       Nuteninnern        heraussaugen.     



  Der Aufbau der Spulen und die     Verkei-          lung    erfordern noch einige zusätzliche Be  merkungen.      Am besten werden die Windungen der  Spulen 1 und 2 nicht einzeln hereingelegt,  sondern es werden     hartgepresste    und hart  gebackene     Halbformspulen    benutzt, deren  Stirnverbindungen einzeln verschweisst wer  den. Die     Fig.    8a und 8b zeigen eine einfache  Art der Verbindung dieser     Halbformspulen     untereinander. Ein jeder Leiter wird aus  zwei Teilleitern hergestellt, die von oben  gesehen die Form der     Fig.    8b und von  der Seite die Form der     Fig.    8a ha  ben.

   Die beiden Teilleiter haben ungefähr  gleich Querschnitt, sind miteinander ent  weder verschweisst oder vernietet und am  Ende gegeneinander versetzt, so dass sie mit  dem halben Querschnitt aus der     Spulenebene     herausragen und ausserhalb, der Spule be  quem verschweisst werden können. Die Ver  kleinerung des Querschnittes auf die Hälfte  am Ende lässt sich auch bei einem ungeteil  ten Leiter durch Abschrägen oder Absetzen  der Enden erreichen. Auf diese Weise kön  nen die einzelnen Halbspulen vorher gepresst  und gebacken werden, um dann in die Nut  eingesetzt zu werden. Hierauf erst werden  die Leiter der     Halbformspule    mit den ent  sprechenden Leitern der zugehörigen Halb  formspule verschweisst.  



  Um die Spulen an die Seitenwände der  Nuten anpressen zu können, sind in verhält  nismässig kleinen Abständen Füllstücke 8       (Fig.    3) aus Hartpapier oder     Mikanit    oder  isolierten Aluminiumstücken vorgesehen, die  den gleichen Querschnitt wie der in     Fig.    1  gezeigte Luftraum 3 haben und die nach       Hereinlegen    der beiden Spulen nach dem       Nutenboden    gepresst oder geschlagen werden.  Der Raum zwischen zwei Füllstücken bildet  eine Luftkammer, die zur Belüftung sowohl  Aussparungen der Form 5     (Fig.    1), als auch  der Form 10     (Fig.    2) bedarf.

   Es können auch  Füllkörper genommen werden, die in     achsialer     Richtung luftdurchlässig sind, also etwa ein  Füllkörper nach     Fig.    4, der     achsiale    Nuten  11 besitzt.  



  Der Keil sitzt     vorteilhafterweise    nicht  unmittelbar auf den     Spulenseiten,    sondern  auf einer Unterlage 6     (Fig.    1), die in der         Mitte    zahlreiche Luftlöcher besitzt. Einige  dieser Luftlöcher dienen auch gleichzeitig  dazu, die Füllkörper gegen Verschiebungen  zu sichern; beispielsweise dadurch, dass die  Füllkörper an der obern Fläche Erhebungen.  9     (Fig.    3) haben, die in die Luftlöcher des  Zwischenlineals hereinragen. Um das Her  einpressen des Keils zu erleichtern, wird die  obere Fläche des Zwischenlineals und die  untere des Keils mit geringem Anzug aus  geführt.  



  Am     Nutenboden    wird bekanntlich aus  mechanischen Gründen der Abschluss der  Nut nicht rechteckig gemacht, sondern mit  allmählichem     tbergang,    wobei dann oft ein  Stützkörper eingelegt wird. Der verbleibende  freie Raum wird ebenfalls zur Ventilation  herangezogen und Aussparungen 11 in die  sem Stützkörper ermöglichen es der Luft,  direkt in den Raum 3 zu gelangen.  



  Auch das     Induktoreisen    wird     vorteilhaf-          terweise    in gleicher Weise gekühlt.     Fig.    5  zeigt eine     unbewickelte    Nut, die in der  Hauptsache der Belüftung des Induktor  eisens dient. Der Keil besitzt     wiederum     Aussparungen, die an der Oberfläche ent  weder gegen die Drehrichtung oder mit ihr  geneigt sind und Luft in die Nut     hereinpres-          sen    oder     heraussaugen.    Die Keile sind ent  weder aus magnetischem oder aus     unmabane-          tischem    Material.

   Wenn eine starke     Dämp-          ferwicklung    gewünscht wird, so ist es vor  teilhaft, diese Keile aus Kupfer herzustel  len und den Querschnitt besonders gross zu  wählen, da durch die beschriebene Einrich  tung die Kühlung der Kupferkeile besonders  wirksam gemacht werden     kann.    Die innere  Fläche dieser Kühlnuten     kann-durch    Riffe  lung sehr wirksam gemacht werden.  



  Die     unmagnetischen        Keile    der     unbewik-          kelten    und diejenigen der     bewickelten    Nuten  können auch über die magnetische Ober  fläche herausragen, so dass sich dann die  Ausgestaltung der Keilnuten noch wirk  samer machen lässt.     Fig.    6 zeigt einen sol  chen Keil.  



  In     achsialer    Richtung sind die an die  Stirnverbindungen angrenzenden Teile der      effektiven     Induktorlä        nge    günstiger gestellt  als die in der Mitte gelegenen, da, frische  Luft von den beiden Seiten der     Nuteniuitte     3 zugeführt  -erden kann. Es ist also vor  teilhaft, an den beiden Enden die Füllkör  per durchbrochen nach     Fig.    4 anzuwenden  und die     Keilaussparungen    5 erst in einiger  Entfernung von den Endflächen anzuwenden.  



  Die Aussparungen können auch teilweise  im Keil und teilweise im     Induktorzahn    lie  gen, wie es     Fig.    7 zeigt. Auch lässt sich ein  Induktor der in der     Fachwelt    unter dem  Namen     AEG-Bauart    bekannten Ausführung  anwenden, bei welcher in einer Nut nur  eine einzige Spule liegt, die gepresst und ge  backen worden ist, und bei welcher zwischen  den     Nutenwänden    und der Spule Lufträume       ühriggeblieben    sind.

   In diese Lufträume  kann also durch wie beschrieben ausgebil  dete Aussparungen im     Induktorzahn    und  Keil Luft vom Luftspalte     hereingepresst    und  Herausgezogen werden, wobei auch hier die  Luft gezwungen wird, zunächst     achsial    der  Spule     zii    folgen, bevor sie den Luftraum  wieder verlässt.  



  Bei der Ausführung des Keils nach     Fig.    6       bruncht    nicht die gesamte Länge des     Keils     über die Oberfläche des Induktors heraus  zuragen, sondern es genügt hierfür eine die       :Iiasparung    um wenige     Masseinheiten    über  treffende Länge. Auch lässt sich das Her  überragen über die     Induktoroberfläche    be  schränken auf solche Aussparungen, welche  die Luft in die     Induktornut        hereinpressen     sollen.  



  Bei den     unbewickelten        I\Tuten    nach     Fig.    5  wird man     vorteilhafterweise    den innern Teil  der     Influl@torlänge,    welcher durch Luft vom  Luftspalte her gekühlt werden soll, gegen  über den beiden äussern Teilen, die von den  Stirnseiten her gekühlt werden sollen, durch  Füllkörper abdichten.  



  Die Ausnutzung des Induktors lässt sich  noch steigern, wenn der Querschnitt der     Spu-          lenseiten    nicht rechteckig ist, sondern     trapez-          förmig.    Der am     Nutenfenster    gelegene Teil  der     Induktorleiter    wird dann einen wesent-    lieh grösseren     Querschnitt    bekommen, als in       Fig.    1 vorgesehen.  



  Der in der     Fig.    1 dargestellte Luftraum  wird also entweder rechteckig oder er ver  bleibt     trapezförmig,    aber mit einer wesent  lich kleineren     obern        gante.    Diese letztere  Anordnung ist deshalb vorzuziehen, weil ja  an einzelnen Stellen Füllstücke hereingelegt  werden sollen     (Fig.    3), die aber besser     einen     etwas     trapezförmigen    Querschnitt erhalten.

    In den     Stirnverbindungen    soll der Quer  schnitt der     Spulenseite    zweckmässig wieder  rechteckig werden, und zwar kann die Lei  terbreite so gross werden,     wie    die grösste Lei  terbreite in der Nut, oder sogar noch grösser,  besonders dann, wenn Aluminium als Wick  lungsmaterial benutzt wird.

   Bei der be  schriebenen Einrichtung besteht ja die Mög  lichkeit, das Innere der     Induktornut    sehr  wirksam zu kühlen, und zwar wesentlich  wirksamer wie die     Stirnverbindungen.    Da es  aber nun wünschenswert ist, an allen Stellen  der     Induktorwicklung    eine möglichst gleich  mässige Temperaturerhöhung zu erhalten, ist  die     Anderung    des Leiterquerschnittes in den  Stirnverbindungen begründet.

   Bei Benut  zung von Kupferwicklung würde aber diese  Vergrösserung aus andern Gründen Bedenken       hervorrufen,    denn bei den     Grossturbogenera-          toren    ist die Kompensation der Zentrifugal  kräfte in den Stirnverbindungen ein äusserst  schwieriges Problem, das man unter Um  ständen sogar durch Verkleinerung des Lei  terquerschnittes in den     Stirnverbindungen     gegenüber dem Querschnitt im     Nutenteil    zu  lösen versucht bat.     Hier    verschafft aber die  Benutzung der Aluminiumwicklung Abhilfe,  weil die Wirkung der Zentrifugalkräfte hier  bei. ja wesentlich kleiner ist als bei der Kup  ferwicklung.

   Die Herstellung der Spule mit  verschiedenem Querschnitt in den Stirnver  bindungen und im     Nutenteil    kann beispiels  weise dadurch geschehen, dass die Spule zu  nächst in der üblichen M- reise mit gleichem  Querschnitt ausgeführt wird, und dass dann  nachträglich der Querschnitt in dem Nuten  teil     abgefräst    wird.

   Dabei muss für einen  allmählichen Übergang vom     Querschnitt    in      der Nut zu dem     Querschnitt    der Stirnver  bindung Sorge getragen werden.     Wenn    aber       Halbformspulen    benutzt werden, so kann na  türlich der     Querschnitt    eines Leiters schon  im voraus den     richtigen    Wert bekommen und  im letzteren Falle kann sogar ein kleiner  Nachteil, der bei der zuletzt erwähnten  Wicklungsart mit in Kauf genommen wer  den muss, beseitigt werden.

   Es kann näm  lich durch Veränderung der Dicke des Lei  ters die Stromdichte in dem im     Nutengrunde     gelegenen Teil genau oder annähernd so  gross genommen werden, wie für den     im          Nutenfenster    gelegenen Leiter.  



  Werden     keine        Halbformspulen    benutzt,  oder wird auf das vorherige Pressen und  Backen der     Halbformspulen    verzichtet, so  dass die Leiter einzeln in die Nut eingeführt  werden können, so ist es möglich, die Spule  innen zu belüften, ohne sie mechanisch in  zwei Teile zu teilen. Beispielsweise können  aus den Leitern der Spulen selbst runde,  rechteckige oder längliche Schlitze ausge  stanzt werden (Fix. 9), die dann die Stelle  des     trapezförmigen    Hohlraumes der     Fig.    t  einnehmen.

   Es kann auch erreicht werden,  dass zwei aufeinanderfolgende Schlitze in  der     obern    Hälfte der Spule voneinander ge  trennt sind, am untern Teil der Spule aber  zusammenhängen, so dass die Luft gezwun  gen ist, im einen Schlitz nach unten zu flie  ssen, um im andern Schlitz nach oben zu  fliessen. Dazu ist nur erforderlich, dass der  eine Schlitz mit     einer    in der Drehrichtung  geneigten Öffnung im Keil und der andere  Schlitz mit einer entgegengesetzt gerichteten,  gegenüber der ersten in     achsialer        Richtung     versetzten Öffnung verbunden ist. Die Spule  kann auch an den Seiten Aussparungen er  halten, etwa nach     Fig.        loa    und 10b.

   Bei  letzterer Anordnung ist es sogar möglich, die  Luft auf der einen Seite nach unten und auf  der     andern    Seite nach oben fliessen zu lassen,  wie     Fig.    11 zeigt. Bei der Bauart mit ein  gesetzten     Zähnen        können    die Zähne Aus  sparung nach     Fig.    12 erhalten, wodurch  die Luft     gezwungen    wird, zu beiden Seiten  eines Zahnes nach unten zu fliessen und zu    beiden Seiten eines andern Zahnes nach  oben.

   In diesem Falle muss man die     Schwal-          benschwanznut,    in welcher der Induktor  zahn befestigt ist, mit grösserem     achsialen     Luftquerschnitt versehen und in geeigneten       achsialen    Abständen diese Luftkanäle mit  einander verbinden, so dass die Luft in     ach-          sialer    Richtung weitergeführt wird. Es  kann auch, wie     Fig.    13 zeigt, die Luft an  einer Seite des Zahnes nach unten und mit  Hilfe von Aussparungen auf der andern  Seite des Zahnes nach oben fliessen.  



  In diesem Falle, wie auch bei den Bei  spielen der     Fig.    10 und 11 wird man dafür  sorgen, dass die Aussparungen in den Zäh  nen oder Leitern, oder auch die Verschrän  kung der Leiter (Fix. lob) so angeordnet  werden, dass diese Aussparungen oder Ver  schränkungen, in axialer Richtung des     In-          duktors    gesehen, durch entsprechende An  ordnung der Aussparungen oder Verschrän  kungen abwechselnd von ein- und ausströ  mender Luft bestrichen werden.

   Zu diesem  Zwecke werden vorteilhaft die Keile oder  eingesetzten     Induktorzähne,    in axialer Rich  tung gesehen, aus einzelnen     Stücken    zusam  mengesetzt, deren axiale Länge dem Ab  stand zwischen zwei     aufeinanderfolgenden     Aussparungen oder     Verschränkungen    ent  spricht. Diese kurzen Keilstücke erhalten  zweckmässig die entsprechenden Aussparun  gen für das Ein- und Ausströmen der Luft  zwecks einfacher Bearbeitung jeweils an  ihrem Ende.

   Um der Luft überall einen  kleinen Widerstand für das Durchstreichen  der Nut in axialer Richtung entgegenzuset  zen, wird die Nut bei Ausführungen gemäss       Fig.    9 und 10 auch in ihrem untern Teil  zwischen Spule und     Nutengrund    einen genü  gend grossen, freien     Querschnitt    erhalten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCIi Einrichtung zum Kühlen des Induktors von Turbogeneratoren, dadurch gekennzeich net, dass in achsialer Richtung verlaufende Kühlungskanäle durch Aussparungen, die im Sinne der Drehrichtung geneigt sind und solche, die gegen die Drehrichtung geneigt sind, mit dem zwischen dem Stator und Ro tor gelegenen Luftraum verbunden sind, so dass die Luft aus letzterem Raume in die achsialen Luftkanäle des@Induktors gepresst, achsial weitergeführt und durch die gegen die Drehrichtung geneigten Aussparungen wieder ausgestossen wird.

   UNTERANSPRüCHE: 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Induktor- nut zwei Spulenseiten enthält, die an den Seitenwänden anliegen und in der Mitte einen Luftkanal übrig lassen. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Spulen seiten in festgepressten und gebackenen Zustand eingelegte Halbformspulen mit geschweissten Stirnseiten sind. 3.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass in regelmässigen Abständen Füllkörper zwischen die Spulenseiten ge schoben sind, um auch im Betriebe ein sattes Anlegen der Spulen an die Nuten wände zu gewährleisten, wobei zwischen zwei Füllkörpern in achsialer Richtung gegeneinander versetzt, mindestens eine im Sinne der Drehrichtung geneigte Aus- sparung und mindestens eine Ausspa rung, die gegen die Drehrichtung ge neigt ist, vorgesehen sind. 4.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Aussparungen nur in den Nutenkeilen vorgesehen sind, die aus unmagnetischem Material hergestellt sind. 5. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Aussparungen zum Teil im Keil, zum Teil im Induktorzahn verlaufen.

   F). Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen Keil und Spulenseite noch ein in der Mitte perfo riertes Lineal vorgesehen ist, das Anzug besitzt, so dass es das Hereinpressen des Keils erleichtert und das als Sicherung für die Füllkörper gegen achsiale Ver schiebung ausgebildet ist.

   7. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Küh lungskanäle im Induktoreisen vorge sehene unbewickelte Nuten sind, deren Keile die Aussparungen aufweisen und deren Wände zur Vergrösserung der Oberfläche geriffelt sind. B. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch<B>7</B>, dadurch gekennzeich- net, dass die Keile aus Kupfer hergestellt sind und Teile eines Dampferkäfigs bil den. 9. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Keile über das Induktoreisen heraustreten, um eine ver schärfte Kühlung zu erhalten.

   lll. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Induktor eine einzige Spulenseite pro Nut und zwei Lufträume zwischen Spule und den Induktorseiten besitzt, und dass die Aus sparungen in den Induktorzähnen und Keilen vorgesehen sind. 11.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass an den den Stirnverbindungen am nächsten liegenden Stellen des Induk- tors Füllkörper benutzt sind, die in ach- sialer Richtung luftdurchlässig sind und nur solche Aussparungen vorgesehen sind, welche die Luft in den Raum zwi schen Stator und Induktor heraussaugen. 12.

   Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Leiter querschnitte innerhalb einer Spulenseite verschieden gewählt sind, so dass sich in einer Induktornut zwei trapezförmig(: Spulenseiten befinden. 13.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1.2, dadurch gekennzeich net, dass die Induktorspulen aus Alumi nium hergestellt sind und der Quer schnitt der Spulenseiten an den Stirn- verbindungen rechteckige Form besitzt, die grösser wie der Querschnitt in der 1\Tute ist, und dass die trapezförmige Form des Querschnittes innerhalb der Nut durch Abfräsen erreicht ist. 7.4.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass die zu einer Spulenseite gehöri gen Leiter sowohl in bezug auf Breite, als auch in bezug auf Dicke verschieden sind, und zwar so, dass die Breite am Nutenfenster und die Dicke dagegen am Nutengrunde grösser gewählt ist, wobei die Wicklung in Form von Halbform spulen ausgeführt ist. 15. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass die Spulen des Induktors Aus sparungen besitzen, die die Luft, vom Luftspalt kommend, erst radial nach unten, dann axial, dann radial nach oben zu führen gestatten. 16.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeich net; dass die eingesetzten Induktorzähne in bestimmten axialen Abständen Aus sparungen besitzen, die in Verbindung mit Aussparungen in den geilen und in. den obern Teilen des Induktorzahnes ein Herunterfliessen der Luft in einer Nute und ein Herauffliessen der Luft in der benachbarten Nut ermöglichen. 17.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 12 und 16, dadurch ge kennzeichnet, dass die eingesetzten In duktorzähne derart aus Teilen zusam mengesetzt sind, dass die Aussparungen sich jeweils am Ende eines Teils befin den, zum Zweck, diese besser bearbeiten zu können. 18. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die beiden zusammengeschweiss ten Enden einer jeden halben Windung einen kleineren Querschnitt auf\veisen und aus der Spulenebene herausgeführt sind.